Lorsqu'on explique rapidement le fonctionnement des réacteurs nucléaires, disons au niveau « Tintin : objectif Lune », on dit que les nucléides formés par fission d'un atome d'uranium émettent 2 ou 3 neutrons, qui, s'ils tapent sur d'autres atomes, provoquent des fissions qui elles-mêmes produisent d'autres neutrons, produisant une réaction en chaîne qui relâche de l'énergie. C'est également une réaction en chaîne de ce type qui est en jeu dans les bombes A.

Quand on a fait un peu de physique, on sait que ce n'est pas si simple, qu'une particule ne va pas forcément taper sur les atomes (les histoires de section efficace). Surtout, on se rend compte d'une chose : le mécanisme décrit ci-dessus serait très difficile à contrôler. En effet, le temps de déplacement des neutrons d'un atome à l'autre dans le cœur du réacteur est faible (distances de l'ordre du mètre), donc les réactions en chaîne devraient conduire très rapidement à un emballement de la réaction. En termes de physicien, on dirait que le temps caractéristique d'une divergence exponentielle est faible.

C'est d'ailleurs pareil emballement qui est exploité dans les bombes A. Seulement, on sait bien que si la conception d'une bombe A est difficile, c'est parce qu'il est difficile de rassembler la masse de matériau fissile dans un petit espace sans que la réaction ne prenne prématurément et ne provoque la dispersion du matériau par une petite explosion due au dégagement de chaleur, et non par la grosse explosion attendue. C'est à cause de cela qu'il a notamment fallu inventer des dispositifs d'explosifs très ingénieux pour faire la bombe à plutonium de Nagasaki.

À ce point, on se demande comment diable cela peut fonctionner dans un réacteur de production électrique. Dans ces réacteurs, on entretient des réactions en chaîne stables, ce qui exclut un mécanisme réactionnel aussi rapide que celui décrit ci-dessus. De fait, les seuls exemples que je connaisse de réaction en chaîne incontrôlable dans un réacteur nucléaire sont SL-1 et Tchernobyl.

Si ensuite on lit plus sur le sujet, on se rend compte que le mécanisme évoqué est très simplifié. Ainsi, dans la plupart des réacteurs nucléaires, y compris ceux exploités pour l'électricité en France, les neutrons émis par le combustible nucléaire doivent être ''modérés'' pour entretenir la réaction en chaîne : autrement dit, ils sont trop rapides pour être efficacement absorbés et doivent être ralentis. Ce ralentissement s'opère dans un milieu dit modérateur : graphite dans les centrales RBMK (Tchernobyl), eau lourde dans les centres CANDU (Canada), eau normale dans les centrales REP (France notamment) ou REB (Fukushima). Je suppose que ce passage dans ce milieu prend un certain temps qui rallonge les délais.

On apprend également l'importance des neutrons retardés, c'est-à-dire ceux émis non pas au moment de la fission, mais plus tard, par radioactivité des produits de la fission. Là encore, les délais inhérents à ce mécanisme rallongent les constantes de temps de divergence de la réaction. On comprend mieux comment elle peut être contrôlable. On distingue donc l'état prompt critique (la réaction en chaîne peut s'entretenir uniquement avec les neutrons rapides, ceux émis lors de la fission) de l'état seulement critique (il y a besoin des neutrons retardés).

Prenons maintenant les réacteurs à neutrons rapides, dont Superphénix était l'exemple le plus connu. La réaction est censée, justement, s'entretenir avec les neutrons rapides, donc sans passage par un milieu modérateur. J'aimerais comprendre les mécanismes permettant d'entretenir une réaction critique sans qu'elle ne devient prompt-critique (j'ai lu cet article mais ai du mal à voir les ordres de grandeur). Notamment, j'ai un peu peur que la marge de manœuvre soit plus faible qu'avec les réacteurs à neutrons thermiques, et qu'il ne faille donc des systèmes de contrôle beaucoup plus rapides.

Vous allez me dire que je pourrais aller à la BU et chercher des ouvrages sur les réacteurs nucléaires, mais je ne sais pas quel ouvrage explique ce genre de choses.

NB Quand on lit ces histoires de réacteurs à sodium liquide, on ne peut qu'avoir peur.... de l'incendie !